一种基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备
技术领域
本发明涉及矿井余热利用领域，特别是一种基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备。
背景技术
中国是世界第一产煤大国，煤炭在能源结构中占主体地位，占一次能源消耗量的60%左右，在传统的煤炭生产过程中，冬季需要对煤矿矿井进行供暖，现有常通过用电或其它供暖方式进行取暖，消耗大量能源。
矿井排风是矿井通风系统中的重要组成，矿井排风风量大、湿度高，常年温湿度稳定，温度在14到30度，相对湿度在90%以上，风量越50到500立方米每秒，现有通常直接将矿井排风排放至大气中。
矿井排风中蕴含大量显热和潜热，因此利用矿井排风对矿井的送风进行加热实现对矿井内的通风供暖成为可能，现有技术中有少量相关设备，但是其存在以下问题，矿井排风中粉尘含量较大，现有矿井排风余热设备无法对粉粉尘进行有效处理，进而使得粉尘在管道内积累，进而影响设备运行；矿井排风的空气湿度和矿井排风余热利用设备的喷淋造成矿井排风湿度大，大量水雾被排放至大气中，造成水资源浪费；现有矿井排风利用设备不便于对设备内部管道进行反冲洗，进而在工作中由于煤矿粉尘沉积容易导致管道拥堵，进而影响设备运行。
因此，需要一种解决上述问题的基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中提出的问题，设计了一种基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备，包括排风管、送风管、雾化反冲热交换结构、自动蓄水及水处理结构、自排放粉尘处理结构、出风冷凝结构、散热片、热泵，所述送风管设于排风管一侧且二者均安装于煤矿矿井上，所述雾化反冲热交换结构安装于排风管内中部，所述自动蓄水及水处理结构安装于排风管下部，所述自排放粉尘处理结构安装于排风管下部靠近进风端，所述出风冷凝结构安装于排风管上段且与送风管上端连通，所述散热片安装于送风管中部，所述热泵制热端与散热片通过管路连接，所述热泵热交换端与自动蓄水及水处理结构和可反冲热交换结构通过管路连接；
所述排风管为弯曲的L形管状结构；
所述雾化反冲热交换结构包括旋转接头、盘管、雾化喷头、一号减速电机、一号伞齿、二号伞齿、传动杆、闸阀、反冲管、喷淋头、水雾拦截辅热结构，所述旋转接头固定插装于排风管中部侧壁上，所述盘管与旋转接头连接，多个所述雾化喷头等间距排布连接于盘管上表面上，所述一号减速电机固定安装于排风管上且其输出端与盘管左端连接，所述一号伞齿套装安装于一号减速电机输出轴上，所述二号伞齿与一号伞齿咬合，所述传动杆可转动插装安装于排风管外壁上且与二号伞齿上表面连接，所述闸阀安装于排风管外壁上且其控制轴与传动杆上端连接，所述闸阀进水端与旋转接头通过管路连接，所述反冲管固定安装于排风管中上部内部且与闸阀出水端通过管路连接，多个所述喷淋头等间距分布安装于反冲管下表面上，所述水雾拦截辅热结构通过管路与连接闸阀与旋转接头的管路连通，所述水雾拦截辅热结构通过管路与热泵连接；
所述自动蓄水及水处理结构包括沉淀池、中间管、水滤网、水箱、连轴三控阀、出水管、，所述沉淀池固定安装于排风管底部，所述中间管固定安装于沉淀池中部且上端与排风管底部连通，所述水滤网固定嵌装于中间管与沉淀池池壁之间中部，所述沉淀池上部与热泵通过管路连接，所述水箱固定安装于排风管下部弯曲部位上表面上，所述连轴三控阀通过三个管路安装于水箱上，所述出水管安装于连轴三控阀下端且与水箱底部连通，所述出水管下端高度高于沉淀池与热泵连接管路的连接位置高度。
所述自排放粉尘处理结构包括空气滤网、转动轴、转动架、刮动扇叶、刮板、收集桶、落料槽、转动桶、收集槽、排放槽、二号减速电机、激光对射传感器，两道所述空气滤网安装于排风管内，所述转动轴通过轴承可转动安装于排风管内且从两个所述空气滤网中部滑动穿过，两个所述转动架固定安装于转动轴上且分别位于两个所述空气滤网左侧，四个所述刮动扇叶环形阵列分布安装于转动架上且与排风管内壁相接触，所述刮板安装于安装架上且与空气滤网左表面相接触，所述收集桶横向固定安装于排风管下表面上，所述落料槽横向开于收集桶上部和排风管底部之间，所述转动桶滑动嵌装于收集桶内，所述收集槽开于转动桶上且与落料槽位置对应，所述排放槽开于收集桶下端，所述二号减速电机固定安装于收集桶左侧且其输出轴与转动桶连接，所述激光对射传感器安装于落料槽前后两侧。
进一步的，所述出风冷凝结构包括矩形管、连接管，多个所述矩形管并列排布竖向插装安装于排风管上部，所述连接管与多个矩形管连通且与送风管上端连通。
进一步的，所述水雾拦截辅热结构包括拦截网、换热管，两层所述拦截网上下分布固定安装于排风管内且位于出风冷凝结构下方，所述换热管蜿蜒排布固定嵌装于两层拦截网上，所述换热管一端与热泵连接另一端与连接闸阀与旋转接头的管路连接。
进一步的，所述连轴三控阀包括出气管、加水管、阀体、支撑架、电控伸缩缸、阀杆、阀芯，所述出气管固定安装于水箱上端，所述加水管固定安装于水箱上部且位于出气管下方，三个所述阀体分别同一竖直位置分布纵向排列分布安装于出气管、加水管、出水管上，所述支撑架固定安装于三个所述阀体上，所述电控伸缩缸安装于支撑架上端，所述阀杆滑动插装于三个所述阀体上且上端与电控伸缩缸伸缩端连接，三个所述阀芯分别固定套装于阀杆上且分别位于三个所述阀体内。
进一步的，所述阀体为中部设有环状结构的空心块状结构，所述阀芯自上至下分别位于阀体中部环状结构的下方、下方、上方。
进一步的，所述刮动扇叶为倾斜横向方向安装于转动架上上的片状结构。
进一步的，所述排风管和送风管上设有轴流风机，所述两个所述轴流风机分别固定安装于排风管下端和送风管上部。
进一步的，两个所述空气滤网位于左侧的空气滤网的网的孔径大于位于右侧的网的孔的孔径。
进一步的，所述沉淀池上部设有通风管，所述通风管安装于沉淀池上部侧壁上。
进一步的，所述反冲管为与盘管结构相似为盘状缠绕的管状结构。
有益效果：通过相邻布置的排风管和送风管，在排风管内设置雾化反冲热交换结构利用雾化的水对排风管中空气的显热和潜热进行收集，雾化反冲热交换结构可对水雾进行拦截，在拦截水雾时对水雾的余热进行利用，进而增加空气温度的利用率，通过一号减速电机带动盘管转动同时带动闸阀打开，进而打开反冲管对水雾拦截辅热结构进行反冲，实现了对水雾拦截辅热结构和排风管的反冲洗；
通过自动蓄水及水处理结构对水净化后在热泵和雾化反冲热交换结构间进行循环，进而实现热量交换，然后通过散热片对送风管内进行加热，进而对送风管进行加热自动蓄水及水处理结构对水进行沉淀和过滤处理；
出风冷凝结构利用外界低温空气对排风空气进行冷凝，使得其中的水汽凝结回落，实现了水汽的回收利用；
自排放粉尘处理结构通过风吹动转动架上的刮动扇叶转动，进而对空气滤网进行刮动，然后通过收集槽进入到收集桶内进行收集，经过二号减速电机带动收集桶内的转动桶转动，进而实现了自动的粉尘拦截及排放处理。
附图说明
图1是本发明所述基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备的结构示意图；
图2是本发明所述基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备的雾化反冲热交换结构部位的结构示意图；
图3是本发明所述基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备的自排放粉尘处理结构部位的结构示意图；
图4是本发明所述沉淀池部位的局部结构示意图；
图5是本发明图2所示A部的放大结构示意图；
图6是本发明所述矩形管部位的左视结构示意图；
图7是本发明所述连轴三控阀部位的结构示意图；
图8是本发明所述转动架、刮动扇叶部位的结构示意图；
图9是本发明所述自排放粉尘处理结构部位的侧剖视结构示意图；
图10是本发明所述拦截网部位的横剖视结构示意图；
图11是本发明所述盘管部位的横剖视结构示意图；
图12是本发明所述反冲管部位的横剖视仰视结构示意图；
图13是本发明所述散热片部位的横剖视结构示意图。
图中，1、排风管；2、散热片；3、热泵；4、送风管；5、旋转接头；6、盘管；7、雾化喷头；8、一号减速电机；9、一号伞齿；10、二号伞齿；11、传动杆；12、闸阀；13、反冲管；14、喷淋头；15、沉淀池；16、中间管；17、水滤网；18、水箱；19、出水管；20、空气滤网；21、转动轴；22、转动架；23、刮动扇叶；24、刮板；25、收集桶；26、落料槽；27、转动桶；28、收集槽；29、排放槽；30、二号减速电机；31、激光对射传感器；32、矩形管；33、连接管；34、拦截网；35、换热管；36、出气管；37、加水管；38、阀体；39、支撑架；40、电控伸缩缸；41、阀杆；42、阀芯；43、轴流风机；44、通风管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-13，本发明提供一种技术方案：一种基于煤矿矿井排风余热的送风加热设备，包括排风管1、送风管4、雾化反冲热交换结构、自动蓄水及水处理结构、自排放粉尘处理结构、出风冷凝结构、散热片2、热泵3，送风管4设于排风管1一侧且二者均安装于煤矿矿井上，雾化反冲热交换结构安装于排风管1内中部，自动蓄水及水处理结构安装于排风管1下部，自排放粉尘处理结构安装于排风管1下部靠近进风端，出风冷凝结构安装于排风管1上段且与送风管4上端连通，散热片2安装于送风管4中部，热泵3制热端与散热片2通过管路连接，热泵3热交换端与自动蓄水及水处理结构和可反冲热交换结构通过管路连接；
排风管1为弯曲的L形管状结构，进而便于利用水雾对排风管1内的热量进行吸收，然后在排风管1内回流，利用自动蓄水及水处理结构处理后流入热泵3内进行热交换；
图2所示，雾化反冲热交换结构包括旋转接头5、盘管6、雾化喷头7、一号减速电机8、一号伞齿9、二号伞齿10、传动杆11、闸阀12、反冲管13、喷淋头14、水雾拦截辅热结构，旋转接头5固定插装于排风管1中部侧壁上，盘管6与旋转接头5连接，多个雾化喷头7等间距排布连接于盘管6上表面上，一号减速电机8固定安装于排风管1上且其输出端与盘管6左端连接，一号伞齿9套装安装于一号减速电机8输出轴上，二号伞齿10与一号伞齿9咬合，传动杆11可转动插装安装于排风管1外壁上且与二号伞齿10上表面连接，闸阀12安装于排风管1外壁上且其控制轴与传动杆11上端连接，闸阀12进水端与旋转接头5通过管路连接，反冲管13固定安装于排风管1中上部内部且与闸阀12出水端通过管路连接，多个喷淋头14等间距分布安装于反冲管13下表面上，水雾拦截辅热结构通过管路与连接闸阀12与旋转接头5的管路连通，水雾拦截辅热结构通过管路与热泵3连接，其中，一号减速电机8可选用交流步进电机；
自动蓄水及水处理结构包括沉淀池15、中间管16、水滤网17、水箱18、连轴三控阀、出水管19、，沉淀池15固定安装于排风管1底部，中间管16固定安装于沉淀池15中部且上端与排风管1底部连通，水滤网17固定嵌装于中间管16与沉淀池15池壁之间中部，沉淀池15上部与热泵3通过管路连接，水箱18固定安装于排风管1下部弯曲部位上表面上，连轴三控阀通过三个管路安装于水箱18上，出水管19安装于连轴三控阀下端且与水箱18底部连通，出水管19下端高度高于沉淀池15与热泵3连接管路的连接位置高度，其中，沉淀池15为桶状结构，沉淀池15底部为装有污泥阀的锥形结构，所述水滤网17为多孔网状结构，所述水箱18为密闭的箱体式结构。
图3所示，自排放粉尘处理结构包括空气滤网20、转动轴21、转动架22、刮动扇叶23、刮板24、收集桶25、落料槽26、转动桶27、收集槽28、排放槽29、二号减速电机30、激光对射传感器31，两道空气滤网20安装于排风管1内，转动轴21通过轴承可转动安装于排风管1内且从两个空气滤网20中部滑动穿过，两个转动架22固定安装于转动轴21上且分别位于两个空气滤网20左侧，四个刮动扇叶23环形阵列分布安装于转动架22上且与排风管1内壁相接触，刮板24安装于安装架上且与空气滤网20左表面相接触，收集桶25横向固定安装于排风管1下表面上，落料槽26横向开于收集桶25上部和排风管1底部之间，转动桶27滑动嵌装于收集桶25内，收集槽28开于转动桶27上且与落料槽26位置对应，排放槽29开于收集桶25下端，二号减速电机30固定安装于收集桶25左侧且其输出轴与转动桶27连接，激光对射传感器31安装于落料槽26前后两侧，其中，二号减速电机30可选用交流步进电机，激光对射传感器31可选用激光对射传感器或红外对射传感器。
本发明中，出风冷凝结构包括矩形管32、连接管33，多个矩形管32并列排布竖向插装安装于排风管1上部，连接管33与多个矩形管32连通且与送风管4上端连通，工作时，在送风管4内的轴流风机43的作用下，外界空气通过矩形管32进入矩形管32，由于本发明冬季工作，进而外界空气温度较低，通常接近于0度，进而矩形管32管壁的温度被降低，排放管1内向上的水汽在接近矩形管32之间的空隙时，矩形管32对空气降温，空气中的水汽凝结并附着在矩形管32外壁上，随着水珠的增大，水珠下落回流，进而实现对排风管1内水汽的回收，空气在经过矩形管32后通过连接管33汇集后进入送风管4内。
本发明中，水雾拦截辅热结构包括拦截网34、换热管35，两层拦截网34上下分布固定安装于排风管1内且位于出风冷凝结构下方，换热管35蜿蜒排布固定嵌装于两层拦截网34上，换热管35一端与热泵3连接另一端与连接闸阀12与旋转接头5的管路连接，工作时，从排风管1内随着空气上升的水雾被拦截网34拦截，进而水珠落在拦截网34上，同时换热管35嵌装于拦截网34上，水珠所携带的热量被透过换热管35进入到换热管35内的介质中，进而对换热管35中介质进行加热。
本发明中，连轴三控阀包括出气管36、加水管37、阀体38、支撑架39、电控伸缩缸40、阀杆41、阀芯42，出气管36固定安装于水箱18上端，加水管37固定安装于水箱18上部且位于出气管36下方，三个阀体38分别同一竖直位置分布纵向排列分布安装于出气管36、加水管37、出水管19上，支撑架39固定安装于三个阀体38上，电控伸缩缸40安装于支撑架39上端，阀杆41滑动插装于三个阀体38上且上端与电控伸缩缸40伸缩端连接，三个阀芯42分别固定套装于阀杆41上且分别位于三个阀体38内，本发明中，水箱18内安装有液位传感器，当水箱18内液面低于低水位阈值时，电控伸缩缸40工作带动阀杆41下降，进而阀杆41带动位于上部的两个阀体38内的阀芯42下降，进而阀芯42动作将上部两个阀体38打开，进而将出气管36和加水管37打开，同时阀杆41下降带动最下部的阀芯42向下运动将最下部的阀体38关闭，进而最下部的阀体38关闭将出水管19关闭，进而水通过加水管37加入到水箱18内，当水箱18内液位高度接近高水位阈值时，电控伸缩缸40工作带动阀杆41上升，和上述过程同理，上部两个阀体38被关闭，下部阀体38打开，进而将出气管36和加水管37关闭，出水管19打开，进而使水箱18内形成相对密闭结构，完成水箱18加水。
本发明中，阀体38为中部设有环状结构的空心块状结构，阀芯42自上至下分别位于阀体38中部环状结构的下方、下方、上方，进而在三个阀芯42向上或向下移动时，上部两个阀芯42和下部一个阀芯42使得上部两个阀体38和下部一个阀体38始终处于不同的开合状态。
本发明中，刮动扇叶23为倾斜横向方向安装于转动架22上上的片状结构，进而在排风管1内的轴流风机43的吹动作用下，刮动扇叶23会发生旋转。
本发明中，排风管1和送风管4上设有轴流风机43，两个轴流风机43分别固定安装于排风管1下端和送风管4上部，进而通过轴流风机43提供排风管1排风动力和送风管4进风动力。
本发明中，两个空气滤网20位于左侧的空气滤网20的网的孔径大于位于右侧的网的孔的孔径，进而通过两道不同孔径的空气滤网20对空气进行二道过滤。
本发明中，沉淀池15上部设有通风管44，通风管44安装于沉淀池15上部侧壁上，沉淀池15上的通风管44起到沉淀池15与外界大气压连通的作用，同时在沉淀池15内液位超高时，通风管44可以水进行溢流。
本发明中，反冲管13为与盘管6结构相似为盘状缠绕的管状结构，进而便于形成一个圆形面的水的喷淋。
通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。
在本实施方案中：
工作时，首先水箱18内的水通过出水管19对沉淀池15内进行加水，当沉淀池15内水位没过出水管19的高度时，出水管19不再与大气连通，进而由于水箱18处于密闭状态，出水管19不再对沉淀池15进行加水，当沉淀池15内水位降低时，出水管19与大气连通，进而出水管19出水对沉淀池15补水，进而实现对沉淀池15的自动加水；
然后水通过沉淀池15上部流出到热泵3进行换热，换热后热泵3将水通过管路输出到水雾拦截辅热结构预热后二分流到旋转接头5和闸阀12，然后通过旋转接头5流入到盘管6内，通过盘管6上的雾化喷头7后将水向上喷出，喷出的水与排风管1内的热空气结合，对排风管1内的热量进行吸收，然后受重力影响下落，一部分水在空气流动带动下流经水雾拦截辅热结构进行拦截后回流，进而水回流到中间管16内进而进入到沉淀池15下部，进而水在沉淀池15内沉淀，然后水通过水滤网17过滤后进入到沉淀池15上部，循环上述循环；
当排风管1内的水雾拦截辅热结构需要进行清理时，一号减速电机8动作带动盘管6转动180度，进而盘管6转动后向下喷水，同时一号伞齿9转动带动二号伞齿10转动，进而二号伞齿10转动带动传动杆11转动，进而传动杆11转动将闸阀12打开，进而水流入到反冲管13内经过反冲管13内的喷淋头14喷出，进而对水雾拦截辅热结构进行反冲洗，将拦截网34进行冲洗，盘管6向下喷水有利于将排风管1转弯处的污物利用水流进行清洗，便于污物流入到沉淀池15内处理；
热泵3工作时通过对循环散热片2中循环的介质，进而利用散热片2对送风管4内的空气进行加热，进而实现对矿井内部的供热；
自排放粉尘处理结构工作时，首先风通过两道空气滤网20进行过滤，过滤后粉尘被拦截到空气滤网20左侧，同时风吹动与风的吹动方向不平行的刮动扇叶23转动，刮动扇叶23带动转动架22转动，进而转动架22转动带动刮板24转动，优选地刮板24可替换为毛刷，然后刮板24转动对空气滤网20表面的粉尘刮落，刮动扇叶23转动时对排风管1内壁粘连的粉尘刮动到落料槽26内进而通过收集槽28落到收集桶25内的转动桶27内，当转动桶27内粉尘装满时，粉尘遮挡激光对射传感器31时长3秒以上时，二号减速电机30工作带动转动桶27转动180度，进而转动桶27内的粉尘通过收集槽28然后通过排放槽29排出，然后二号减速电机30反向转动180度或正向再次转动180度复位。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
